JP2011124399A - Semiconductor sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor sensor and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011124399A
JP2011124399A JP2009281136A JP2009281136A JP2011124399A JP 2011124399 A JP2011124399 A JP 2011124399A JP 2009281136 A JP2009281136 A JP 2009281136A JP 2009281136 A JP2009281136 A JP 2009281136A JP 2011124399 A JP2011124399 A JP 2011124399A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
metal layer
glass substrate
bonding
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009281136A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5589371B2 (en
Inventor
Koji Matsushita
浩二 松下
Masahiko Takei
正彦 武居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Systems Co Ltd filed Critical Fuji Electric Systems Co Ltd
Priority to JP2009281136A priority Critical patent/JP5589371B2/en
Publication of JP2011124399A publication Critical patent/JP2011124399A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5589371B2 publication Critical patent/JP5589371B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost semiconductor sensor with stable characteristics which does not need the use of an expensive facility for bonding of substrates, and can bond them at a low temperature securing stable characteristics, wherein the semiconductor sensor is constituted by bonding a substrate having a semiconductor layer with a movable part or a semiconductor substrate with the movable part to a glass substrate. <P>SOLUTION: While a semiconductor layer 13 of an SOI substrate 1 with a movable part 131 and a glass substrate 2, and a semiconductor substrate 11 of the SOI substrate 1 and a glass substrate 3 are aligned and metal layers formed therein respectively are brought into contact with each other, they are integrated forming a bonded part 4a by receiving a pressing force mutually owing to an electrostatic attraction resulting from a DC voltage connected so that the glass substrate side becomes a negative potential. Electrostatic attraction by the DC voltage is generated between the region of the glass substrate without the metal layer, the semiconductor layer and semiconductor substrate opposed thereto, and the metal layer thereon. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、自動車や家庭電化製品、工業計測機器などに使用される半導体センサの低コスト化および高性能化のための技術に関する。   The present invention relates to a technology for reducing the cost and improving the performance of a semiconductor sensor used in automobiles, home appliances, industrial measuring instruments, and the like.

静電容量型の半導体センサの一例として、SOI基板のシリコン活性層を絶縁体層に到達するまで加工することによって、可動電極となる可動部および電極パターンを分離したアイランド構造とするものがある。このような可動部を有するセンサは、可動部の保護およびエアダンピングの利用や防止のために、密閉構造とされることが多い。このような密閉構造のセンサでは、密閉構造の内部から電極を外部に取り出す必要がある。   As an example of an electrostatic capacitance type semiconductor sensor, there is one that has an island structure in which a movable part to be a movable electrode and an electrode pattern are separated by processing a silicon active layer of an SOI substrate until it reaches an insulator layer. In many cases, a sensor having such a movable part has a sealed structure in order to protect the movable part and to use or prevent air damping. In such a sealed structure sensor, it is necessary to take out the electrode from the inside of the sealed structure.

図5は、従来技術によるこのような半導体センサの一例の構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図であり、図6は、その主要部の構造を示し、(a)はスルーホール近傍の断面図、(b)は外周部の断面図である。この従来例は、SOI基板1とガラス基板2およびガラス基板3が金属接合で一体化されたものである。図4は、その製造工程を示したブロック図である。   FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view showing the structure of an example of such a conventional semiconductor sensor and the manufacturing method thereof, FIG. 6 shows the structure of the main part, and FIG. Sectional drawing and (b) are sectional drawings of an outer peripheral part. In this conventional example, the SOI substrate 1, the glass substrate 2, and the glass substrate 3 are integrated by metal bonding. FIG. 4 is a block diagram showing the manufacturing process.

この半導体センサは、シリコン活性層である半導体層13に可動部131や電極パターン132を形成されたSOI基板1と、その両側に配置されて一体化されている2つのガラス基板2およびガラス基板3とで構成されている。なお、少なくともガラス基板2には可動部131に対向する不図示の電極が形成されている。   This semiconductor sensor includes an SOI substrate 1 in which a movable part 131 and an electrode pattern 132 are formed on a semiconductor layer 13 which is a silicon active layer, and two glass substrates 2 and 3 which are arranged and integrated on both sides thereof. It consists of and. At least the glass substrate 2 is provided with an electrode (not shown) that faces the movable portion 131.

SOI基板1とガラス基板2は、それらの基板に形成された金属層14および金属層23を金属接合することによって形成された金属接合部4で一体化されている。この金属接合によって、一体化と同時に振動体である可動部131が電気的に外部に接続される。SOI基板1の半導体層13の中央部に形成されている可動部131は、半導体層13の電極パターン132およびその表面の一部に形成されている金属層14、ガラス基板2の表面に形成されている金属層23、ガラス基板2のスルーホール21の内面に形成されているスルーホール部金属層22、を通して電気的に外部に接続されている。また、金属層14および金属層23の金属接合によってスルーホール21が気密化される。   The SOI substrate 1 and the glass substrate 2 are integrated by a metal joint portion 4 formed by metal joining the metal layer 14 and the metal layer 23 formed on these substrates. By this metal joining, the movable part 131 which is a vibrating body is electrically connected to the outside simultaneously with the integration. The movable part 131 formed in the central part of the semiconductor layer 13 of the SOI substrate 1 is formed on the surface of the glass substrate 2 and the electrode layer 132 of the semiconductor layer 13 and the metal layer 14 formed on a part of the surface thereof. It is electrically connected to the outside through the metal layer 23 and the through hole metal layer 22 formed on the inner surface of the through hole 21 of the glass substrate 2. Further, the through hole 21 is hermetically sealed by metal bonding of the metal layer 14 and the metal layer 23.

なお、図示されていないガラス基板側の電極も同様にスルーホールを通して外部に接続され、内部を気密にするためには、このスルーホール部でも上記同様の金属接合が採用される。   Similarly, the electrode on the glass substrate side not shown is also connected to the outside through a through hole, and in order to make the inside airtight, the same metal bonding as described above is also adopted in this through hole portion.

SOI基板1とガラス基板3の一体化も全く同様である。
金属接合は、接合する部材を位置決めして重ね合わせ、所定の温度に加熱しながら加圧処理することによって実行される。加熱温度は、金属層の材質によって異なるが、金と金の組み合わせでは250℃前後である。
The integration of the SOI substrate 1 and the glass substrate 3 is exactly the same.
Metal bonding is performed by positioning and overlapping members to be bonded, and pressurizing while heating to a predetermined temperature. The heating temperature varies depending on the material of the metal layer, but it is around 250 ° C. in the combination of gold and gold.

SOI基板1とガラス基板2およびガラス基板3の一体化には、上記の金属接合の他に、陽極接合を採用することもできる。この場合には、SOI基板1の半導体層13とガラス基板2およびSOI基板1の半導体基板11とガラス基板3を直接接合することができる。   In order to integrate the SOI substrate 1 with the glass substrate 2 and the glass substrate 3, in addition to the above-described metal bonding, anodic bonding can also be employed. In this case, the semiconductor layer 13 of the SOI substrate 1 and the glass substrate 2 and the semiconductor substrate 11 of the SOI substrate 1 and the glass substrate 3 can be directly bonded.

図7から図9は、陽極接合による一体化の場合を示しており、図7は半導体センサの構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図であり、図8は陽極接合直後のスルーホール21近傍の構造を示す断面図、図9はスルーホール21内面にスルーホール部金属層22aを形成した状態を示す断面図である。   FIGS. 7 to 9 show the case of integration by anodic bonding, FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view showing the structure of the semiconductor sensor and its manufacturing method, and FIG. 8 is a through hole 21 immediately after anodic bonding. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a through hole metal layer 22a is formed on the inner surface of the through hole 21. FIG.

陽極接合の原理は、特許文献1など多くの文献に報告されている。その概略を説明すると、ガラスとシリコンを接触させて、加熱しながらガラス側を負電位にシリコン側を正電位にして直流電圧を印加すると、ガラス中に含まれている陽イオンが負電極側にドリフトされ、シリコンとの界面側には陽イオンの欠乏層が生じる。この陽イオン欠乏層の負電荷と、シリコンの界面側に送り込まれた正電荷との間に、静電引力が発生し、この静電引力によって、ガラスとシリコンとが互いに押し付けられ接合される。このような陽極接合の場合には、接合する部材を400℃程度まで加熱することが必要である。   The principle of anodic bonding has been reported in many documents such as Patent Document 1. Briefly, when glass and silicon are brought into contact and a DC voltage is applied while heating the glass side to a negative potential and the silicon side to a positive potential, the cations contained in the glass are moved to the negative electrode side. As a result of drifting, a depletion layer of cations is generated on the interface side with silicon. An electrostatic attractive force is generated between the negative charge of the cation-deficient layer and the positive charge sent to the interface side of silicon, and the electrostatic attractive force causes the glass and silicon to be pressed against each other and bonded. In the case of such anodic bonding, it is necessary to heat the member to be bonded to about 400 ° C.

なお、通常、陽極接合された状態では、図8に示すように、内部の電極パターン132などは外部に接続されていないので、内部の電極パターン132などを電気的に外部に引き出すために、陽極接合後にガラス基板2のスルーホール21内にスルーホール部金属層22aが形成される。   Normally, in the state of anodic bonding, as shown in FIG. 8, the internal electrode pattern 132 and the like are not connected to the outside, so that the internal electrode pattern 132 and the like are electrically connected to the outside. After bonding, a through hole metal layer 22a is formed in the through hole 21 of the glass substrate 2.

この陽極接合の接合温度を低温化する接合方法として、特許文献2に開示されているものがある。この方法は、シリコン側に多層金属膜を形成し、この金属膜とガラスを陽極接合で接合している。多層金属膜には、少なくとも軟質金属層および低温でガラスと強固に接合させるための活性金属層を有し、両層の層間には必要に応じて両者の拡散や反応を防止するための中間金属層を介在させている。   As a bonding method for lowering the bonding temperature of this anodic bonding, there is one disclosed in Patent Document 2. In this method, a multilayer metal film is formed on the silicon side, and the metal film and glass are bonded by anodic bonding. The multilayer metal film has at least a soft metal layer and an active metal layer to be firmly bonded to glass at a low temperature, and an intermediate metal for preventing diffusion and reaction between the two layers as necessary. The layer is interposed.

特開平10−259039号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-259039 特開2004−262698号公報JP 2004-262698 A

背景技術の項で説明した金属接合による一体化の場合には、接合される部材の接合面を位置合せして加圧することが必要であり、加圧機構と位置合せ機構とを備えた設備が必要となる。そのため、加熱に伴い位置合せ精度が得難いこと、基板の反りや厚さムラなどの影響で面内を均一に加圧し難く、面内での接合が不均一になり易く、接合良品率が低くなり易いこと、加圧機構には高精度な制御(荷重、位置合せ、加圧方向など)が必要であるため高価な設備となること、等によって低コスト化が困難である。   In the case of integration by metal bonding as described in the background art section, it is necessary to position and pressurize the bonding surfaces of the members to be bonded, and there is a facility equipped with a pressure mechanism and an alignment mechanism. Necessary. Therefore, it is difficult to obtain alignment accuracy with heating, it is difficult to press the surface uniformly due to the effects of substrate warpage and thickness unevenness, etc., and in-plane bonding tends to be non-uniform, and the yield rate of bonded products decreases. It is difficult to reduce the cost because it is easy and the pressurization mechanism requires high-precision control (load, alignment, pressurization direction, etc.), making it an expensive facility.

また、陽極接合によって半導体とガラスを直接接合する場合には、前述したように、接合時の部材温度を400℃程度まで上げることが必要であり、部材間の線膨張係数の差によって、接合後の常温状態において両部材間に応力が発生し、その差が僅かであっても構造およびデバイス特性に影響する。陽極接合の接合時の部材温度を下げるものとしては、特許文献2に開示されているような、400℃より低い温度でガラスと強固に接合させるための活性金属膜と密着性を良くするための軟質金属膜と両膜間の反応を防止するための中間金属膜を半導体側に形成するものがある。この場合には、機能の異なる3種の金属膜を形成するための設備が必要となる。   In addition, when the semiconductor and the glass are directly bonded by anodic bonding, as described above, it is necessary to increase the member temperature at the time of bonding to about 400 ° C., and due to the difference in coefficient of linear expansion between the members, Stress is generated between the two members at room temperature, and even a slight difference affects the structure and device characteristics. For reducing the member temperature at the time of anodic bonding, as disclosed in Patent Document 2, the active metal film for firmly bonding to glass at a temperature lower than 400 ° C. and adhesion are improved. There is one in which an intermediate metal film for preventing a reaction between a soft metal film and both films is formed on the semiconductor side. In this case, equipment for forming three types of metal films having different functions is required.

この発明の課題は、特許文献2に開示されているのとは異なる構造で、上記の低コスト化が困難であるという問題と接合時温度が高くなるという問題の両方を解決し、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを提供することである。   The object of the present invention is a structure different from that disclosed in Patent Document 2, which solves both the above-mentioned problem that cost reduction is difficult and the problem that the temperature at the time of joining becomes high, and the cost is low. Another object of the present invention is to provide a semiconductor sensor that can obtain stable characteristics at a low substrate bonding temperature.

この発明の特徴は、ガラス基板と半導体層または半導体基板とを接合するのに、金属接合の接合材料と陽極接合の押圧力発生機構を組み合わせたことである。
請求項1の発明は、少なくとも一方の面に半導体層を有し且つその半導体層に可動部を形成されている基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサであって、前記両基板が前記半導体層および前記ガラス基板のそれぞれに形成された金属層によって接合され、且つ、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積が、接合された金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の面積より小さい。
A feature of the present invention is that a bonding material for metal bonding and a pressing force generation mechanism for anodic bonding are combined to bond a glass substrate and a semiconductor layer or a semiconductor substrate.
The invention of claim 1 is a semiconductor sensor comprising a substrate having a semiconductor layer on at least one surface and having a movable part formed on the semiconductor layer, and a glass substrate, wherein the both The substrate is bonded by the metal layer formed on each of the semiconductor layer and the glass substrate, and the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate corresponds to the thickness of the bonded metal layer. Is smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor layer.

半導体層およびガラス基板のそれぞれに形成される金属層の材料を選定することによって、接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積を、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体層および半導体層上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体層または半導体層上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   By selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor layer and the glass substrate, the temperature for bonding can be lowered to around 200 ° C. Further, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor layer by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer. A region where the metal layer is not formed can exist in a region of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the thickness of the metal layer. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is the portion where the semiconductor layer and the metal layer on the semiconductor layer and the glass substrate directly face each other closest to each other, the semiconductor layer or the metal on the semiconductor layer As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

請求項2の発明は、可動部を形成されている半導体基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサであって、前記両基板がそれぞれに形成された金属層によって接合され、且つ、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積が、接合された金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の面積より小さい。   The invention of claim 2 is a semiconductor sensor configured by bonding a semiconductor substrate on which a movable part is formed and a glass substrate, wherein the both substrates are bonded by a metal layer formed on each, and The area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is smaller than the area of the region of the glass substrate facing the semiconductor substrate by a distance corresponding to the thickness of the bonded metal layer.

この発明も、請求項1の発明と同様に、半導体基板およびガラス基板のそれぞれに形成される金属層の材料を選定することによって、接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積を、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体基板または半導体基板上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体基板および半導体基板上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   In the present invention, similarly to the invention of claim 1, the temperature for bonding can be lowered to around 200 ° C. by selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor substrate and the glass substrate. Further, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the region of the glass substrate facing the semiconductor substrate by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer. A region where the metal layer is not formed can exist in a region of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the metal layer. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is a semiconductor substrate or a portion where the metal layer on the semiconductor substrate and the glass substrate are directly closest to each other, the semiconductor substrate and the metal on the semiconductor substrate As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

請求項3の発明は、請求項1の発明または請求項2の発明において、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の形状が、格子状や蜂の巣状、リング状、縞状、水玉状、島状、のいずれかまたはそれらの組み合わせである。   The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the shape of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is a lattice shape, a honeycomb shape, a ring shape, a stripe shape, a polka dot Shape, island shape, or a combination thereof.

ガラス基板に形成されている接合のための金属層の形状を、格子状や蜂の巣状、リング状、縞状、水玉状、島状、のいずれかまたはそれらの組み合わせとすることによって、ガラス基板と半導体層または半導体基板との間に発生する静電引力を接合面に均等に印加させることができる。   The shape of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is either a lattice shape, a honeycomb shape, a ring shape, a stripe shape, a polka dot shape, an island shape, or a combination thereof, An electrostatic attractive force generated between the semiconductor layer or the semiconductor substrate can be applied uniformly to the bonding surface.

請求項4の発明は、請求項1の発明または請求項2の発明において、接合されているガラス基板と半導体層またはガラス基板と半導体基板のそれぞれに形成されている金属層の材料が、一方の金属層は金であり、他方の金属層は金、錫、インジウムのいずれかである。   The invention of claim 4 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the glass substrate and the semiconductor layer or the metal layer formed on each of the glass substrate and the semiconductor substrate are bonded to each other. The metal layer is gold, and the other metal layer is gold, tin, or indium.

このような組み合わせは、200℃前後の金属接合を可能とするものである。
請求項5の発明は、少なくとも一方の面に半導体層を有し且つその半導体層に可動部を形成されている基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサの製造方法であって、前記半導体層の接合部に相当する領域に、接合のための金属層を形成する半導体層上金属層形成工程と、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で前記半導体層と対向する前記ガラス基板の領域に、その領域の面積より小さい面積の、接合のための金属層を形成するガラス基板上金属層形成工程と、両基板を位置合せして前記半導体層上の金属層と前記ガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、半導体層とガラス基板との間に、半導体層が正電位になるように直流電圧を印加し、半導体層とガラス基板との間に静電引力を発生させて、半導体層上の金属層とガラス基板上の金属層を接合させる接合工程と、を有する。
Such a combination enables metal bonding at around 200 ° C.
The invention of claim 5 is a method of manufacturing a semiconductor sensor comprising a glass substrate and a substrate having a semiconductor layer on at least one surface and a movable portion formed on the semiconductor layer. And forming a metal layer on the semiconductor layer in a region corresponding to the bonding portion of the semiconductor layer, and facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. A step of forming a metal layer on the glass substrate in which the metal layer for bonding having an area smaller than the area of the region is formed in the region of the glass substrate; In a state where the metal layer on the glass substrate is in contact, a DC voltage is applied between the semiconductor layer and the glass substrate so that the semiconductor layer is at a positive potential. Generate attractive force on the semiconductor layer Having a bonding step of bonding the metal layer of the genus layer and the glass substrate.

半導体層およびガラス基板のそれぞれに形成する金属層の材料を選定することによって接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成する接合のための金属層の面積を、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層と対向するガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合のために半導体層上の金属層とガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、両金属層の厚さの和に相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体層または半導体層上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体層および半導体層上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   By selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor layer and the glass substrate, the bonding temperature can be lowered to around 200 ° C. Further, for the bonding, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor layer by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. In a state where the metal layer on the semiconductor layer and the metal layer on the glass substrate are in contact with each other, in a region of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the sum of the thicknesses of both metal layers, There may be a region where no metal layer is formed. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is the portion where the semiconductor layer or the metal layer on the semiconductor layer and the glass substrate are directly closest to each other, the metal on the semiconductor layer and the semiconductor layer As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

請求項6の発明は、可動部が形成されている半導体基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサの製造方法であって、前記半導体基板の接合部に相当する領域に、接合のための金属層を形成する半導体基板上金属層形成工程と、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で前記半導体基板と対向する前記ガラス基板の領域に、その領域の面積より小さい面積の、接合のための金属層を形成するガラス基板上金属層形成工程と、両基板を位置合せして前記半導体基板上の金属層と前記ガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、半導体基板とガラス基板との間に、半導体基板が正電位になるように直流電圧を印加し、半導体基板とガラス基板との間に静電引力を発生させて、半導体基板上の金属層とガラス基板上の金属層を接合させる接合工程と、を有する。   The invention according to claim 6 is a method of manufacturing a semiconductor sensor in which a semiconductor substrate on which a movable part is formed and a glass substrate are bonded to each other in a region corresponding to the bonding portion of the semiconductor substrate. Forming a metal layer on the semiconductor substrate for forming a metal layer, and an area smaller than the area of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the bonded metal layer after bonding. In a state where the metal layer on the glass substrate for forming the metal layer for bonding, and the metal layer on the semiconductor substrate and the metal layer on the glass substrate are in contact with each other by aligning both substrates, A direct current voltage is applied between the semiconductor substrate and the glass substrate so that the semiconductor substrate is at a positive potential, and an electrostatic attractive force is generated between the semiconductor substrate and the glass substrate. Metal layer on the substrate Having a joining step of engaged.

半導体基板およびガラス基板のそれぞれに形成する金属層の材料を選定することによって接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成する接合のための金属層の面積を、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板と対向するガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合のために半導体基板上の金属層とガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、両金属層の厚さの和に相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体基板または半導体基板上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体基板および半導体基板上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   By selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor substrate and the glass substrate, the bonding temperature can be lowered to around 200 ° C. In addition, for the bonding, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor substrate by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. In a state where the metal layer on the semiconductor substrate and the metal layer on the glass substrate are in contact with each other, in a region of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the sum of the thicknesses of both metal layers, There may be a region where no metal layer is formed. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is a semiconductor substrate or a portion where the metal layer on the semiconductor substrate and the glass substrate are directly closest to each other, the semiconductor substrate and the metal on the semiconductor substrate As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

請求項1の発明においては、半導体層およびガラス基板のそれぞれに形成される金属層の材料を選定することによって、接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積を、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体層および半導体層上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体層または半導体層上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   In the first aspect of the invention, the temperature for bonding can be lowered to around 200 ° C. by selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor layer and the glass substrate. Further, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor layer by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer. A region where the metal layer is not formed can exist in a region of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the thickness of the metal layer. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is the portion where the semiconductor layer and the metal layer on the semiconductor layer and the glass substrate directly face each other closest to each other, the semiconductor layer or the metal on the semiconductor layer As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

したがって、この発明によれば、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを提供することができる。
請求項2の発明においては、請求項1の発明と同様に、半導体基板およびガラス基板のそれぞれに形成される金属層の材料を選定することによって、接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積を、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体基板または半導体基板上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体基板および半導体基板上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor sensor which is low in cost and can obtain stable characteristics at a low substrate bonding temperature.
In the invention of claim 2, as in the invention of claim 1, the temperature for bonding is lowered to around 200 ° C. by selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor substrate and the glass substrate. Can do. Further, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the region of the glass substrate facing the semiconductor substrate by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer. A region where the metal layer is not formed can exist in a region of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the metal layer. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is a semiconductor substrate or a portion where the metal layer on the semiconductor substrate and the glass substrate are directly closest to each other, the semiconductor substrate and the metal on the semiconductor substrate As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

したがって、この発明によっても、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを提供することができる。
請求項3の発明においては、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の形状を、格子状や蜂の巣状、リング状、縞状、水玉状、島状、のいずれかまたはそれらの組み合わせとするので、ガラス基板と半導体層または半導体基板との間に発生する静電引力を接合面に均等に印加させることができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor sensor which is low in cost and can obtain stable characteristics at a low substrate bonding temperature.
In the invention of claim 3, the shape of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is any one of a lattice shape, a honeycomb shape, a ring shape, a stripe shape, a polka dot shape, an island shape, or a combination thereof. Therefore, the electrostatic attractive force generated between the glass substrate and the semiconductor layer or the semiconductor substrate can be evenly applied to the bonding surface.

したがって、この発明によれば、接合に必要な静電引力を低減できるので、接合に必要な印加電圧を低減でき、接合工程の作業性が向上する。
請求項4の発明においては、接合されているガラス基板と半導体層またはガラス基板と半導体基板のそれぞれに形成されている金属層の材料を、一方の金属層は金とし、他方の金属層は金、錫、インジウムのいずれかとするので、実施例で説明するように、200℃前後の金属接合が可能となり、この発明によれば、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを確実に提供することができる。
Therefore, according to the present invention, since the electrostatic attractive force necessary for joining can be reduced, the applied voltage necessary for joining can be reduced, and the workability of the joining process is improved.
In the invention of claim 4, the material of the metal layer formed on each of the glass substrate and the semiconductor layer or the glass substrate and the semiconductor substrate to be bonded is gold, one metal layer is gold, and the other metal layer is gold. As described in the examples, it is possible to perform metal bonding at around 200 ° C., and according to the present invention, it is possible to obtain stable characteristics with low cost and low substrate bonding temperature. It is possible to reliably provide a semiconductor sensor.

請求項5の発明においては、半導体層およびガラス基板のそれぞれに形成する金属層の材料を選定することによって接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成する接合のための金属層の面積を、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層と対向するガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合のために半導体層上の金属層とガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、両金属層の厚さの和に相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体層または半導体層上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体層および半導体層上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。   In the invention of claim 5, the temperature for bonding can be lowered to around 200 ° C. by selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor layer and the glass substrate. Further, for the bonding, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor layer by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. In a state where the metal layer on the semiconductor layer and the metal layer on the glass substrate are in contact with each other, in a region of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the sum of the thicknesses of both metal layers, There may be a region where no metal layer is formed. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is the portion where the semiconductor layer or the metal layer on the semiconductor layer and the glass substrate are directly closest to each other, the metal on the semiconductor layer and the semiconductor layer As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

したがって、この発明によれば、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを提供することができる。
請求項6の発明においては、半導体基板およびガラス基板のそれぞれに形成する金属層の材料を選定することによって接合のための温度を200℃前後まで下げることができる。また、ガラス基板に形成する接合のための金属層の面積を、接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板と対向するガラス基板の領域の面積より小さくすることによって、接合のために半導体基板上の金属層とガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、両金属層の厚さの和に相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の中に、金属層が形成されていない領域を存在させることができる。この(金属層が形成されていないガラス基板の)領域は、半導体基板または半導体基板上の金属層とガラス基板が直接に最も接近して対向する部分であるので、半導体基板および半導体基板上の金属層とガラス基板との間に静電引力を発生させる主たる領域となり、その結果として、通常の陽極接合に使用される程度の印加電圧で、接触している金属層を接合させることが可能となる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor sensor which is low in cost and can obtain stable characteristics at a low substrate bonding temperature.
In the invention of claim 6, the temperature for bonding can be lowered to around 200 ° C. by selecting the material of the metal layer formed on each of the semiconductor substrate and the glass substrate. In addition, for the bonding, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is made smaller than the area of the glass substrate region facing the semiconductor substrate by a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. In a state where the metal layer on the semiconductor substrate and the metal layer on the glass substrate are in contact with each other, in a region of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the sum of the thicknesses of both metal layers, There may be a region where no metal layer is formed. Since this region (of the glass substrate on which the metal layer is not formed) is a semiconductor substrate or a portion where the metal layer on the semiconductor substrate and the glass substrate are directly closest to each other, the semiconductor substrate and the metal on the semiconductor substrate As a result, it becomes possible to bond the metal layers that are in contact with each other with an applied voltage that is used for ordinary anodic bonding. .

したがって、この発明によれば、請求項5の発明と同様に、コストが安く、基板の接合温度が低くて安定した特性が得られる半導体センサを提供することができる。   Therefore, according to this invention, similarly to the invention of claim 5, it is possible to provide a semiconductor sensor which is low in cost and can obtain stable characteristics at a low substrate bonding temperature.

この発明による半導体センサの実施例の構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図Sectional drawing which shows the structure of the Example of the semiconductor sensor by this invention, and shows the manufacturing method 実施例の要部の構造を示し、(a)はスルーホール近傍の断面図、(b)は外周部の断面図The structure of the principal part of an Example is shown, (a) is sectional drawing of the through-hole vicinity, (b) is sectional drawing of an outer peripheral part. この発明による半導体センサの製造工程を示すブロック図The block diagram which shows the manufacturing process of the semiconductor sensor by this invention 従来の金属接合による半導体センサの製造工程を示すブロック図Block diagram showing the manufacturing process of a conventional semiconductor sensor using metal bonding 従来技術による半導体センサの一例の構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図Conceptual sectional view showing the structure of an example of a conventional semiconductor sensor and showing its manufacturing method 図5に示した従来例の主要部の構造を示し、(a)はスルーホール近傍の断面図、(b)は外周部の断面図FIG. 5 shows the structure of the main part of the conventional example shown in FIG. 5, where (a) is a cross-sectional view in the vicinity of a through hole, and (b) is a cross-sectional view of an outer peripheral portion 従来技術による半導体センサの他例の構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図Sectional drawing which shows the structure of the other example of the semiconductor sensor by a prior art, and shows the manufacturing method 図7に示した従来例の陽極接合直後のスルーホール近傍の構造を示す断面図Sectional view showing the structure in the vicinity of the through hole immediately after anodic bonding in the conventional example shown in FIG. 図7に示した従来例のスルーホール内にスルーホール金属層を形成した状態の構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the state which formed the through-hole metal layer in the through-hole of the prior art example shown in FIG.

この発明の特徴は、「課題を解決するための手段」の項で説明したように、ガラス基板と半導体層または半導体基板とを接合するのに、金属接合の接合材料と陽極接合の押圧力発生機構とを組み合わせたことであり、通常の陽極接合に使用される印加電圧で接合に必要な押圧力を発生させるために、ガラス基板に形成する接合のための金属層の面積を、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体層または半導体基板に対向しているガラス基板の領域の面積より小さくし、接合される金属層の周辺に必要な静電引力を発生する領域を存在させていることである。   As described in the section of “Means for Solving the Problems”, the feature of the present invention is that a bonding material for metal bonding and generation of pressing force for anodic bonding are used to bond a glass substrate and a semiconductor layer or a semiconductor substrate. In order to generate the pressing force necessary for bonding with the applied voltage used for normal anodic bonding, the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is the bonding metal layer. The area corresponding to the thickness of the semiconductor layer or the area of the glass substrate facing the semiconductor substrate is made smaller than the area of the glass substrate, and a region for generating the electrostatic attraction necessary exists around the metal layer to be joined. That is.

以下において、実施例を用いて、この発明をより詳しく説明する。   In the following, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

図1は、この発明による半導体センサの実施例の構造を示し且つその製造方法を示す概念断面図であり、図2は、実施例の要部の構造を示し、(a)はスルーホール近傍の断面図、(b)は外周部の断面図であり、図3は、この発明による半導体センサの製造工程を示すブロック図である。   FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing a structure of an embodiment of a semiconductor sensor according to the present invention and a manufacturing method thereof, FIG. 2 shows a structure of a main part of the embodiment, and FIG. Sectional drawing, (b) is a sectional view of the outer periphery, and FIG. 3 is a block diagram showing the manufacturing process of the semiconductor sensor according to the present invention.

この実施例は、構造的には、図5および図6に示した従来例と同じである。異なる点は、ガラス基板2上に形成されている金属層23の形状が、ベタパターンから幅の狭い帯線を組み合わせた格子状のパターンに置き換えられていることと、接合面へ印加されていた加圧手段による圧力が、半導体層13とガラス基板2および半導体基板11とガラス基板3にそれぞれに印加された直流電圧による基板間の静電引力に置き換えられていることである。   This embodiment is structurally the same as the conventional example shown in FIGS. The difference is that the shape of the metal layer 23 formed on the glass substrate 2 has been replaced with a grid-like pattern in which a solid pattern is combined with a narrow band and applied to the bonding surface. That is, the pressure by the pressurizing means is replaced by electrostatic attractive force between the substrates by the DC voltage applied to the semiconductor layer 13 and the glass substrate 2 and the semiconductor substrate 11 and the glass substrate 3, respectively.

この実施例は、シリコン活性層である半導体層13に可動部131や電極パターン132を形成されたSOI基板1と、その両側に配置されて一体化されている2つのガラス基板2およびガラス基板3とで構成されている。なお、少なくともガラス基板2には可動部131に対向する不図示の電極が形成されている。   In this embodiment, an SOI substrate 1 in which a movable part 131 and an electrode pattern 132 are formed on a semiconductor layer 13 which is a silicon active layer, and two glass substrates 2 and 3 which are arranged and integrated on both sides thereof are integrated. It consists of and. At least the glass substrate 2 is provided with an electrode (not shown) that faces the movable portion 131.

SOI基板1の半導体層13の中央部に、可動部131が形成されており、その外側に電極パターン132が形成されている。可動部131は、電極パターン132と電極パターン132の表面の一部に形成されている金属層14、ガラス基板2の表面に形成されている金属層23a、ガラス基板2のスルーホール21の内面に形成されているスルーホール部金属層22、を通して電気的に外部に接続されている。   A movable part 131 is formed in the central part of the semiconductor layer 13 of the SOI substrate 1, and an electrode pattern 132 is formed outside thereof. The movable part 131 includes an electrode pattern 132, a metal layer 14 formed on a part of the surface of the electrode pattern 132, a metal layer 23a formed on the surface of the glass substrate 2, and an inner surface of the through hole 21 of the glass substrate 2. It is electrically connected to the outside through the formed through hole metal layer 22.

なお、金属層14と金属層23aが接合されて接合部4aを形成することによって、前記の電気的接続が確実なものとなり、同時にスルーホール21が気密化されている。そのために、金属層23aのパターンは、スルーホール21を囲む形状に形成されており、この実施例では上述したように格子状であり、スルーホール部金属層22ともつながっている。   The metal layer 14 and the metal layer 23a are joined to form the joint portion 4a, so that the electrical connection is ensured and the through hole 21 is hermetically sealed at the same time. Therefore, the pattern of the metal layer 23a is formed in a shape surrounding the through hole 21, and in this embodiment, as described above, is a lattice shape and is connected to the through hole metal layer 22.

また、図示されていないガラス基板側の電極も同様にスルーホールを通して外部に接続され、内部を気密にするためには、このスルーホール部でも上記同様の接合が採用される。   Similarly, the electrode on the glass substrate side (not shown) is also connected to the outside through a through hole, and in order to make the inside airtight, the same bonding as described above is also adopted in this through hole portion.

また、センサ全体の気密を確保するために、センサの外周部には、半導体層13上に形成されたリング状の金属層15とガラス基板上に形成された4重のリング状の金属層24aとが接合されて接合部4aを形成している〔図2(b)参照〕。   Further, in order to ensure the airtightness of the entire sensor, a ring-shaped metal layer 15 formed on the semiconductor layer 13 and a quadruple ring-shaped metal layer 24a formed on the glass substrate are provided on the outer periphery of the sensor. Are joined to form a joint 4a (see FIG. 2B).

半導体層13上の金属層14などとガラス基板2上の金属層23aなどとの接合工程は、図3に示すように、それぞれの基板の所定位置にそれぞれの金属層を形成する半導体層上金属層形成工程およびガラス基板上金属層形成工程と、金属層を形成された両基板を位置合せして重ね合わせた後、所定の温度に加熱しながら半導体層とガラス基板の間にガラス基板が負電位になるように直流電圧を印加し、接触している両金属層を静電引力による押圧力で接合させる、静電引力による金属層の接合工程とで構成されている。   As shown in FIG. 3, the bonding process between the metal layer 14 on the semiconductor layer 13 and the metal layer 23a on the glass substrate 2 forms the respective metal layers at predetermined positions on the respective substrates. After the layer formation step and the metal layer formation step on the glass substrate are aligned and overlapped with each other, the glass substrate is negatively placed between the semiconductor layer and the glass substrate while heating to a predetermined temperature. It is composed of a metal layer joining step by electrostatic attraction, in which a direct current voltage is applied so as to be at a potential, and both metal layers in contact are joined by a pressing force by electrostatic attraction.

この実施例においては、金属層14および金属層15の材料として金を使い、その厚さを0.5μmとし、金属層23aおよび金属層24aの材料としても金を使い、その厚さを0.3μmとし、接合時の加熱温度を250℃とし、接合のための印加電圧を300Vとして、金属層14と金属層23aおよび金属層15と金属層24aを良好な接合状態で接合することができた。   In this embodiment, gold is used as the material of the metal layer 14 and the metal layer 15, the thickness is 0.5 μm, gold is also used as the material of the metal layer 23a and the metal layer 24a, and the thickness is 0.3 μm. The metal layer 14 and the metal layer 23a and the metal layer 15 and the metal layer 24a could be joined in a good joined state by setting the heating temperature at the time of joining to 250 ° C. and the applied voltage for joining to 300V.

なお、この実施例では、ガラス基板上の金属層形成面積を、接合可能な全面積の3割程度とした。ここで、「接合可能な全面積」とは、陽極接合の場合に接合される部分の面積であって、接合金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の面積のことである。   In this example, the area where the metal layer was formed on the glass substrate was about 30% of the total area that could be joined. Here, the “total area that can be bonded” is the area of the portion to be bonded in the case of anodic bonding, and is the area of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer. That is.

この実施例においては、両方の金属層の材料に金を用いたが、いずれかの材料を金とし、他方を錫とすれば、錫の融点が232℃であるので、加熱温度を更に20℃程度下げることができ、錫をインジウムに変えれば、インジウムの融点が156℃であるので、更に低温まで下げることができる。   In this example, gold was used as the material for both metal layers, but if one of the materials is gold and the other is tin, the melting point of tin is 232 ° C, so the heating temperature is further 20 ° C. If the tin is changed to indium, the melting point of indium is 156 ° C., so that the temperature can be further lowered.

また、接合に必要な印加電圧の値は、ガラス基板2に形成される金属層23aおよび24aの厚さおよび半導体層13に形成される金属層14および15の厚さと、ガラス基板2の金属層23aのパターンおよび上記の接合可能な全面積に対する金属層23aの面積および金属層14の面積の割合で決まる。金属層の厚さは、静電引力を発生させる部分のギャップに相当し、金属層のパターンは静電引力を発生させる部分の面積に関係する。したがって、金属層の厚さ、特に金属層23aおよび24の厚さを実用上問題のない範囲で薄くし、センサとしての必要な剛性を確保できる範囲で金属層23aおよび24aの割合を小さくし、金属層14および15の割合を大きくすることによって、印加電圧を低くすることができる。   In addition, the value of the applied voltage required for bonding is determined by the thickness of the metal layers 23a and 24a formed on the glass substrate 2, the thickness of the metal layers 14 and 15 formed on the semiconductor layer 13, and the metal layer of the glass substrate 2. It is determined by the ratio of the area of the metal layer 23a and the area of the metal layer 14 to the pattern 23a and the total area that can be joined. The thickness of the metal layer corresponds to the gap of the portion that generates electrostatic attraction, and the pattern of the metal layer is related to the area of the portion that generates electrostatic attraction. Therefore, the thickness of the metal layer, in particular, the thickness of the metal layers 23a and 24 is reduced within a range where there is no practical problem, and the ratio of the metal layers 23a and 24a is reduced within a range where the necessary rigidity as a sensor can be secured By increasing the ratio of the metal layers 14 and 15, the applied voltage can be lowered.

さらに、この実施例では、金属層23aを格子状パターンとし、金属層24aをリング状パターンとしたが、センサの気密性の要否などを勘案して、細かいパターンを分散させた島状や水玉状パターン、ほそいパターンの組み合わせとなる縞状パターン、格子状と同様に使える蜂の巣状パターンなど採用することも有効であり、これらのパターンを組み合わせて用いることも有効である。   Further, in this embodiment, the metal layer 23a is a lattice pattern and the metal layer 24a is a ring pattern. However, in consideration of the necessity of the airtightness of the sensor, etc. It is also effective to adopt a striped pattern that is a combination of a striated pattern, a light pattern, a honeycomb pattern that can be used in the same manner as a lattice pattern, and it is also effective to use a combination of these patterns.

この実施例はSOI基板を用いた半導体センサであるが、SOI基板を半導体基板に置き換えたセンサでも、この実施例と全く同様の接合を実施することができる。   Although this embodiment is a semiconductor sensor using an SOI substrate, even a sensor in which the SOI substrate is replaced with a semiconductor substrate can perform the same bonding as this embodiment.

1 SOI基板
11 半導体基板 12 絶縁体層
13 半導体層
131 可動部 132 電極パターン
14,15 (半導体層上)金属層
2,3 ガラス基板
21 スルーホール 22,22a スルーホール部金属層
23,23a (ガラス基板上)引出し用金属層
24,24a (ガラス基板上)密閉用金属層
4,4a 金属接合部
5 ヒータ
1 SOI substrate
11 Semiconductor substrate 12 Insulator layer
13 Semiconductor layer
131 Movable part 132 Electrode pattern
14, 15 (on semiconductor layer) metal layer 2, 3 glass substrate
21 Through hole 22, 22a Through hole metal layer
23, 23a (on glass substrate) Drawer metal layer
24, 24a (on glass substrate) Metal layer for sealing 4, 4a Metal joint 5 Heater

Claims (6)

少なくとも一方の面に半導体層を有し且つその半導体層に可動部を形成されている基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサであって、
前記両基板が前記半導体層および前記ガラス基板のそれぞれに形成された金属層によって接合され、
且つ、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積が、接合された金属層の厚さに相当する距離で半導体層に対向しているガラス基板の領域の面積より小さい、
ことを特徴とする半導体センサ。
A semiconductor sensor comprising a glass substrate and a substrate having a semiconductor layer on at least one surface and having a movable part formed on the semiconductor layer,
The two substrates are joined by metal layers formed on the semiconductor layer and the glass substrate,
And the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is smaller than the area of the region of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the thickness of the bonded metal layer,
A semiconductor sensor characterized by the above.
可動部を形成されている半導体基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサであって、
前記両基板がそれぞれに形成された金属層によって接合され、
且つ、ガラス基板に形成されている接合のための金属層の面積が、接合された金属層の厚さに相当する距離で半導体基板に対向しているガラス基板の領域の面積より小さい、
ことを特徴とする半導体センサ。
A semiconductor sensor configured by bonding a semiconductor substrate and a glass substrate on which a movable part is formed,
The two substrates are joined by a metal layer formed on each,
And the area of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is smaller than the area of the region of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the bonded metal layer,
A semiconductor sensor characterized by the above.
ガラス基板に形成されている接合のための金属層の形状が、格子状や蜂の巣状、リング状、縞状、水玉状、島状、の何れかまたはこれらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体センサ。
The shape of the metal layer for bonding formed on the glass substrate is a lattice shape, a honeycomb shape, a ring shape, a stripe shape, a polka dot shape, an island shape, or a combination thereof,
The semiconductor sensor according to claim 1 or claim 2, wherein
接合されているガラス基板と半導体層またはガラス基板と半導体基板のそれぞれに形成されている金属層の材料が、一方の金属層は金であり、他方の金属層は金、錫、インジウムのいずれかである、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体センサ。
The material of the glass substrate and the semiconductor layer to be bonded or the metal layer formed on each of the glass substrate and the semiconductor substrate, one metal layer is gold, and the other metal layer is either gold, tin, or indium Is,
The semiconductor sensor according to claim 1 or claim 2, wherein
少なくとも一方の面に半導体層を有し且つその半導体層に可動部を形成されている基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサの製造方法であって、
前記半導体層の接合部に相当する領域に、接合のための金属層を形成する半導体層上金属層形成工程と、
接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で前記半導体層と対向する前記ガラス基板の領域に、その領域の面積より小さい面積の、接合のための金属層を形成するガラス基板上金属層形成工程と、
両基板を位置合せして前記半導体層上の金属層と前記ガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、半導体層とガラス基板との間に、半導体層が正電位になるように直流電圧を印加し、半導体層とガラス基板との間に静電引力を発生させて、半導体層上の金属層とガラス基板上の金属層を接合させる接合工程と、
を有する、
ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor sensor comprising a substrate having a semiconductor layer on at least one surface and having a movable part formed on the semiconductor layer and a glass substrate joined together,
A metal layer on semiconductor layer forming step of forming a metal layer for bonding in a region corresponding to a bonding portion of the semiconductor layer;
Formation of a metal layer on a glass substrate that forms a metal layer for bonding in an area smaller than the area of the glass substrate facing the semiconductor layer at a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. Process,
With both substrates aligned and in contact with the metal layer on the semiconductor layer and the metal layer on the glass substrate, direct current is applied so that the semiconductor layer is at a positive potential between the semiconductor layer and the glass substrate. A bonding step of applying a voltage to generate an electrostatic attractive force between the semiconductor layer and the glass substrate to bond the metal layer on the semiconductor layer and the metal layer on the glass substrate;
Having
A method for manufacturing a semiconductor sensor.
可動部を形成されている半導体基板とガラス基板とが接合されて構成されている半導体センサの製造方法であって、
前記半導体基板の接合部に相当する領域に、接合のための金属層を形成する半導体基板上金属層形成工程と、
接合後に接合金属層の厚さに相当する距離で前記半導体基板と対向する前記ガラス基板の領域に、その領域の面積より小さい面積の、接合のための金属層を形成するガラス基板上金属層形成工程と、
両基板を位置合せして前記半導体基板上の金属層と前記ガラス基板上の金属層とを接触させた状態で、半導体基板とガラス基板との間に、半導体基板が正電位になるように直流電圧を印加し、半導体基板とガラス基板との間に静電引力を発生させて、半導体基板上の金属層とガラス基板上の金属層を接合させる接合工程と、
を有する、
ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor sensor comprising a glass substrate and a semiconductor substrate on which a movable part is formed,
A metal layer forming step on the semiconductor substrate for forming a metal layer for bonding in a region corresponding to the bonding portion of the semiconductor substrate;
Formation of a metal layer on a glass substrate that forms a metal layer for bonding in an area smaller than the area of the glass substrate facing the semiconductor substrate at a distance corresponding to the thickness of the bonding metal layer after bonding. Process,
With both substrates aligned and in contact with the metal layer on the semiconductor substrate and the metal layer on the glass substrate, a direct current is applied so that the semiconductor substrate is at a positive potential between the semiconductor substrate and the glass substrate. Applying a voltage, generating an electrostatic attractive force between the semiconductor substrate and the glass substrate, and joining the metal layer on the semiconductor substrate and the metal layer on the glass substrate;
Having
A method for manufacturing a semiconductor sensor.
JP2009281136A 2009-12-11 2009-12-11 Manufacturing method of semiconductor sensor Active JP5589371B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009281136A JP5589371B2 (en) 2009-12-11 2009-12-11 Manufacturing method of semiconductor sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009281136A JP5589371B2 (en) 2009-12-11 2009-12-11 Manufacturing method of semiconductor sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011124399A true JP2011124399A (en) 2011-06-23
JP5589371B2 JP5589371B2 (en) 2014-09-17

Family

ID=44287993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009281136A Active JP5589371B2 (en) 2009-12-11 2009-12-11 Manufacturing method of semiconductor sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5589371B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107512699A (en) * 2017-07-27 2017-12-26 沈阳工业大学 SOI acceleration sensitive manufacturing method of chip based on bonding techniques

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008105162A (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Hitachi Ltd Functional element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008105162A (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Hitachi Ltd Functional element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107512699A (en) * 2017-07-27 2017-12-26 沈阳工业大学 SOI acceleration sensitive manufacturing method of chip based on bonding techniques

Also Published As

Publication number Publication date
JP5589371B2 (en) 2014-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5305797B2 (en) Electrostatic induction power generation device and manufacturing method thereof
WO2015019589A1 (en) Dynamic quantity sensor
WO2007061047A1 (en) Wafer level package structure and method for manufacturing same
WO2011070627A1 (en) Method for bonding semiconductor substrates and mems device
WO2018216763A1 (en) Method for producing structure, and structure
JP2004333133A (en) Inertial force sensor
JP5589371B2 (en) Manufacturing method of semiconductor sensor
US20060228824A1 (en) Anodic bonding apparatus, anodic bonding method, and method of producing acceleration sensor
JP4375186B2 (en) Electronic device using anodic bonding structure
WO2011070626A1 (en) Method for bonding semiconductor substrates and mems device
JP6698595B2 (en) Torque detector
US20150166328A1 (en) Wafer level package of mems sensor and method for manufacturing the same
JP2007304019A (en) Capacitance dynamic quantity sensor
JP2016145129A (en) Method for joining three-layer substrate
JP7079075B2 (en) package
JP5783601B2 (en) Hollow package
JP2019155566A (en) MEMS element and its mounting structure
JP6169369B2 (en) Glass sealing method for electronic device
JP2018119919A (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
WO2024053270A1 (en) Method for glass-bonding semiconductor chip, method for manufacturing pressure sensor, and bonding device
JP2007047100A (en) Electrostatic capacitive pressure sensor and its manufacturing method
JP2014055868A (en) Pressure sensor, manufacturing method therefor, and member bonding method
TWI605010B (en) Mems package structure and manufacturing method thereof
JP2022134786A (en) vibration device
JP2007205858A (en) Capacitive pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110422

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121114

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130404

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130416

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140424

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140701

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140714

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5589371

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250